Lorsque le JWST a finalement commencé ses opérations scientifiques tant attendues en juillet 2022, il y avait une longue liste d'objectifs qui attendaient son attention. Les scientifiques rivalisent pour l'observation du temps en soumettant des propositions et pour chaque neuf propositions soumises, une seule est approuvée. Au cours du cycle le plus récent 4 de la mission du télescope, les scientifiques ont demandé environ 78 000 heures de temps d'observation alors que seulement 8700 environ étaient disponibles.
Pour y faire face, les propositions sont rigoureusement examinées pour leur valeur. Le JWST a quatre thèmes scientifiques principaux, et l'un d'eux est «les systèmes planétaires et les origines de la vie». Le système Trappist-1 est un ajustement parfait pour les observations sous ce thème, et les astronomes attendaient avec impatience le lancement du JWST, sachant qu'il finirait par tourner son œil infrarouge sur le système et ses sept planètes rocheuses de la taille d'une terre.
Le JWST a déjà observé Trappist-1 B, C et D. Sa dernière cible est TRAPPIST-1 E (T1E). T1E est dans la zone habitable de l'étoile et était considéré comme la planète la plus probable pour conserver les eaux de surface dans une grande variété de conditions potentielles. Les résultats des observations du télescope sont dans une paire d'articles publiés dans Les lettres de journal astrrophysique. Les observations sont en cours et ces articles sont basés sur les quatre premiers transits que le télescope a observés.
« TRAPPIST-1 E est l'une des très rares exoplanètes rocheuses qui se prête à la caractérisation atmosphérique et réside dans la zone habitable de son étoile – à distance de son étoile telle qu'elle pourrait, avec la bonne atmosphère, maintenir l'eau liquide à sa surface », indique le premier article.
Le JWST observe les atmosphères d'exoplanet spectroscopiquement dans l'infrarouge. Sa couverture de longueur d'onde lui permet de détecter des constituants atmosphériques critiques comme la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane et l'ammoniac. Ces molécules sont des indicateurs clés pour les atmosphères et jouent un grand rôle dans la compréhension de la façon dont les atmosphères se forment, évoluent et deviennent potentiellement le soutien à la vie. Le grand miroir de 6,5 mètres du JWST et ses instruments sensibles permettent au télescope détecter même de petits signaux spectroscopiques de ces molécules et d'autres.
« Les instruments infrarouges de Webb nous donnent plus de détails que nous n'avons jamais eu accès auparavant, et les quatre observations initiales que nous avons pu faire de la planète E nous montrent avec quoi nous devrons travailler lorsque le reste des informations arrivera », a déclaré Néstor Espinoza de l'Institut Space Telescope Science. Espinoza est l'auteur principal de l'un des nouveaux articles.
Les quatre premiers transits indiquent que T1E a perdu son atmosphère principale en raison du laps stellaire de l'étoile du nain rouge. Mais ces observations présentent également plusieurs scénarios différents pour la planète. Par exemple, ils ne peuvent pas éliminer la possibilité d'une atmosphère car certaines données suggèrent que la planète en a une. Les planètes peuvent acquérir des atmosphères secondaires après que leur primaire soit retiré. C'est ce qui s'est passé sur Terre.
Le graphique ci-dessus fait un bon travail de présentation des résultats spectroscopiques de JWST de quatre transits de T1E devant son étoile. En réalité, les données sont loin d'être aussi claires et doivent être analysées en profondeur pour extraire le sens.
Les différences dans les quatre spectres ci-dessus sont probablement liées au torchage stellaire. En tant que nain rouge, Trappist-1 est connu pour son évasement Le même évasage contamine les spectres de JWST.
« Nos spectres de transmission présentent des niveaux similaires de contamination stellaire comme observé dans les travaux antérieurs pour d'autres planètes du système Trappist-1, mais sur une plage de longueurs d'onde plus large, présentant le défi de caractériser les planètes trappist-1 même à des longueurs d'onde relativement longues », les auteurs du premier article expliquent.
Il est peu probable que l'atmosphère d'Exoplanet soit dominée par le dioxyde de carbone comme l'atmosphère épaisse de Vénus et la mince de Mars. En fait, il ne semble pas similaire à aucun corps de notre système solaire. Ce n'est pas surprenant, car l'étoile elle-même est très différente de notre étoile de séquence principale stable.
« Trappist-1 est une étoile très différente de notre soleil, et donc le système planétaire qui l'entoure est également très différent, ce qui remet en question nos hypothèses observationnelles et théoriques », a déclaré le co-auteur de la première étude Nikole Lewis, professeur agrégé d'astronomie à l'Université Cornell.
Cependant, le manque de dioxyde de carbone détecté peut empêcher la planète de subir l'effet de serre. Selon les chercheurs, l'effet de serre peut être nécessaire pour que le T1E maintienne les eaux de surface. Mais l'interprétation des données JWST est complexe et les observations sont incomplètes. Les observations ne peuvent pas exclure un peu de dioxyde de carbone, et il peut y en avoir assez pour préserver une certaine quantité d'eau de surface.
« Un petit effet de serre va très loin », a déclaré Lewis dans un communiqué de presse.
Dans le deuxième article, la modélisation des spectres JWST suggère la présence de méthane (CH4). Des atmosphères épaisses et dominées par le méthane sont exclues, mais les abondances inférieures de CH4 avec des pressions partielles de N2 plus élevées ne peuvent pas être exclues.
« Si une atmosphère existe sur Trappist-1 E, nos données suggèrent qu'elle est mieux adaptée à un gaz relativement lourd et spectralement inactif avec CH4 », écrivez Glidden et ses co-auteurs du deuxième article. « Cependant, nous soulignons que les preuves ne garantissent pas la détection d'une atmosphère ni n'en règle. »
Heureusement, il y a 15 observations à venir de T1E qui proposeront une nouvelle innovation. Espinoza, l'auteur principal du premier article, et la co-chercheuse Natalie Allen de l'Université Johns Hopkins, ont développé un moyen d'obtenir une image plus claire de l'atmosphère de T1E avec le JWST. Cela implique une autre planètes trappist-1, T1-B.
T1-B est la planète la plus proche de son étoile, et le JWST l'a déjà observé. Les astronomes sont convaincus que c'est juste un rocher nu sans atmosphère. Il est si proche de l'étoile que le décapage stellaire est une quasi-certitude. Étant donné que T1-B transit l'étoile juste avant T1-E, les astronomes peuvent comparer les spectres de chacun à presque au même moment.
Tous les artefacts stellaires présents au moment des observations peuvent être quantifiés par la façon dont ils apparaissent dans les spectres de T1-B puis retirés des observations de T1-E. Ainsi, tous les indicateurs chimiques présents dans les spectres de T1-E peuvent être confirmés dans le cadre de son atmosphère.
« Nous sommes vraiment encore aux premiers stades de l'apprentissage du type de science incroyable que nous pouvons faire avec Webb », a déclaré Ana Glidden. Glidden est chercheur post-doctoral à l'Institut Kavli du MIT et auteur principal du deuxième article. « C'est incroyable de mesurer les détails de la lumière des étoiles autour des planètes de la taille de la terre à 40 années-lumière et d'apprendre ce que cela pourrait être là, si la vie pourrait être possible là-bas. Nous sommes dans une nouvelle ère d'exploration qui est très excitante pour faire partie », a-t-elle déclaré.
Alors que les quatre observations JWST jusqu'à présent ne peuvent pas conclure exactement à quoi ressemble l'atmosphère de T1E, elles limitent les possibilités. Tout comme prévu et attendu, le puissant télescope annonce une nouvelle ère à cette ère des exoplanètes. Nous sommes passés de simplement les découvrir à l'étude de leurs atmosphères en détail.
« Nous montrons qu'avec l'ensemble de données actuel, nous ne sommes pas en mesure de faire la distinction entre une atmosphère et un scénario sans atmosphère pour Trappist-1 E », Espinoza et al. Écrivez dans leur article, tout en reconnaissant également qu'ils ont fait des progrès en contraignant les possibilités. « Notre travail met en évidence, cependant, comment JWST innove dans l'étude des compositions atmosphériques Rocky Hz Exoplanet. »
